基于SG3525的電渦流緩速器控制系統設計

石助利，蘇成志，徐洪吉

(長春理工大學 機電工程學院，吉林 長春 130022)

0 引言

目前電渦流緩速器的控制方式分為機械式，單片機式與電子式［1］。由于機械式控制動作緩慢，實際應用較少。單片機式控制雖然智能，但單片機容易在高溫復雜的工作環境中出現程序跑飛問題，造成制動失靈，會帶來生命危險。本文為了回避上述兩種控制方式的缺陷，提出電子式新型控制方法。該方法避免了以往電子式控制的單一，不連續。而且它具有低速限制功能，且隨檔位增加工作制動效果增強，結構簡單，經濟適用，同樣可以達到智能式控制效果。

1 控制器的系統結構

系統如圖1所示。該系統主要由車速信號轉換電路、檔位信號加法電路和SG3525主控電路組成。此控制結構是由脈寬調制(PWM)電路作為控制模塊的核心，它由SG3525調制出的PWM信號來控制緩速器線圈的電流作用強度。在圖1中首先將檔位信號加法電路產生的信號與系統設定參考電壓進行比較，在SG3525控制模塊中進行誤差放大。將誤差放大信號與SG3525內部的鋸齒波信號進行比較形成對應的PWM信號，用此PWM信號去控制功率模塊中的MOSFET的通斷，達到控制線圈的勵磁強度。同時車速信號轉換電路將車速信號(角速度頻率信號)轉換為所需的電壓信號，再將此信號與系統設定的參考電壓進行比較(為了實現低速限制)，來決定PWM驅動信號能否輸入到功率模塊電路(主要是MOSFET組成)。當PWM信號通過時，根據檔位自動調節其占空比達到調節制動力矩大小。同時聯合ABS信號控制PWM模塊與功率模塊的通斷實現防抱死功能。

圖1 系統原理結構框圖

2 系統電路設計

2.1 檔位信號電路

本文只針對具有四檔制動的汽車，當檔位全部撥通時信號輸出最大幅值為24V。為了實現檔位信號輸入時，PWM信號能夠自動根據其調整占空比，本文將檔位信號進行求和處理。根據不同的檔位信號輸入，可得到幅值不同信號輸出，這樣就可與設定的電壓信號進行后續的作差處理。電路如圖2所示。

根據信號的布爾運算可知，檔位信號電路輸出Uo1為

其中RP=R13//R14/R15//R16，由于在數值上RP=R18//R19，故

當檔位全閉合時，Uo1max≈24V。

圖2 檔位信號電路

2.2 車速信號轉換設計

此電路主要將車速信號轉換成電壓信號，與系統設定的電壓比較控制SG3525的PWM驅動信號的輸出，達到低速限制功能。電路如圖3所示，電路中采用LM2917進行頻壓轉換，速度信號接其1腳。電路關鍵點在于對R32和C10的選擇，電阻R32的大小直接影響到圖中U1中3腳的輸出阻抗和紋波電壓，且3腳的輸出電流是內部固定的，VO/R32需小于等于此值。電容C10大小取值影響電流誤差，應滿足大于50pF。3腳對應的紋波電壓公式為［2］:

其中K為增益常數，實際應用中通常取1。

在圖3中電容C9的值取決于紋波電壓的大小和實際應用中需要的響應時間。在本系統中，取工作電壓VCC=15V，定時電容C10=4.7μF，輸出電阻R32=2.8KΩ，K=1，計算可得輸出電壓Vo與輸入頻率fIN的對應關系式為:

圖3 車速信號轉換電路

由已知的車速與角速度關系式w=45.2v得，當車速為5km/h時，對應的頻率fIN≈10Hz，為此設定的比較器門限電壓為1.95V，當車速沒有達到5km/h時，比較器輸出高電平經非門后給SG3525的10腳，禁止其輸出PWM驅動信號從而有低速限制功能。

2.3 PWM 驅動設計

在對功率管驅動時，采用PWM方式驅動。通過控制相同周期內MOSFET的導通時間長短達到控制電渦流緩速器的勵磁線圈電流的強度，實現分級控制，電路如圖4所示。圖中采用SG3525的1、2腳誤差放大器構成減法電路，產生隨檔位變化，幅值變化的信號。此信號與5腳接的振蕩器定時電容產生的鋸齒波比較產生PWM信號，用此PWM信號通過TLP250控制MOSFET的柵極開斷。

圖4 PWM驅動電路

SG3525的產生的振蕩器信號的頻率為

則可以得出PWM驅動信號的頻率為10kHz。為了實現圖中TLP250對MOSFET管驅動時快速關斷，需要在MOSFET管的G、E提供一負的偏壓。由于圖中ZD5兩端為5V，采用15V供電時，在MOSFET管導通時，在G、E端產生約+10V的驅動電壓，關斷時產生約－5V的偏壓。

3 實驗結果與實驗數據

圖5、圖6、圖7、圖8分別為1～4檔對應下的PWM驅動波形，由示波器截取。從圖上可以看出PWM驅動波形頻率均為10kHz，幅值在－5V～10V之間變化，且占空比隨檔位增大而增大，說明渦流線圈上相同時間內電流作用時間越長，強度越強。將控制器接到緩速器定子線圈，在不同檔位，不同車速下測得的線圈兩端電壓，線圈總電流值，如表1所示。

圖5 一檔對應的PWM驅動波形

圖6 二檔對應的PWM驅動波形

圖7 三檔對應的PWM驅動波形

圖8 四檔對應的PWM驅動波形

表1 定子線圈電壓、電流值

4 結語

從上述的實驗與數據可以看出控制器具有隨汽車檔位增大，達到控制制動的強度越大。而且在相同時間內作用的時間越長。在低于10Hz(即5km/h)時緩速器不制動，具有低速限制功能;同時在四檔檔位全閉合時，最大制動功率約為1195W。

［1］ 羅治中.電渦流緩速器在公交大客車上的應用［J］.城市公共交通，2003(1):19－21.

［2］ 齊永利.LM2907頻率/電壓轉換器原理及其應用［J］.國外電子元器件，2005(5):71－72.

［3］ 孫薇.基于PIC單片機的六擋調控電渦流緩速器的設計［J］.今日電子，2005(8):68－70.